2021届高考物理三轮冲刺专题突破训练: 共点力作用下物体平衡问题 (word解析版)

资源下载
  1. 二一教育资源

2021届高考物理三轮冲刺专题突破训练: 共点力作用下物体平衡问题 (word解析版)

资源简介

共点力作用下物体平衡问题【原卷】
1.(2021·山西太原市·高三一模)如图所示,轻质、不可伸长的细钢丝绳两端分别固定在竖直杆P、Q上的a、b两点,a点比b点低。脚着粗糙杂技靴的演员在走钢丝表演时,可以在细绳的中点以及杆P、Q的中间位置保持平衡状态,则演员(  )
A.在P、Q中间位置时,左右两侧绳子张力的值相等
B.在P、Q中间位置时,左侧绳子张力的值小于右侧绳子张力的值
C.在细绳的中点时,左右两侧绳子张力的值相等
D.在细绳的中点时,左侧绳子张力的值大于右侧绳子张力的值
2.(2021·湖南高三月考)如图,在竖直平面内固定一光滑支架,支架左侧为四分之一圆弧,O点为圆弧的圆心,OA、OB为半圆弧的半径,OB沿竖直方向,D为半圆弧上的一点,∠BOD=60°,支架右侧OBC为一直角三角形,∠OBC=60°,支架左右两侧各放着质量分别为m1和m2的a、b小球,两小球之间用一轻杆连接,当两球平衡时小球a恰好位于D点,轻杆处于水平方向。两球均可看作质点,则a、b两个小球的质量之比m1:m2为(  )
A.1:3 B.1: C.1:2 D.:2
3.(2021·云南高三一模)如图所示,用三根细线将两个小球和连接并悬挂,两小球处于静止状态时,细线与竖直方向的夹角为,细线水平,已知两个小球的质量分别为和,重力加速度为,取,,下列说法正确的是(  )
A.细线的拉力大小为 B.细线的拉力大小为
C.细线与竖直方向的夹角为 D.细线与竖直方向的夹角为
4.(2020·云南昆明市·高三一模)如图所示,一光滑大圆环固定于竖直平面内,为其水平直径,О为其圆心,轻质光滑小圆环Р和小球Q(圆环和小球均可视为质点)套在大圆环上。现将轻绳一端与Q相连,另一端穿过光滑小圆环Р挂一个小物块A,当整个装置静止时,小球Q位于N点。物块A的重力大小用表示,小球Q的重力大小用表示,静止时小圆环P对大圆环的压力大小用表示,小球Q对大圆环的压力大小用表示,则下列关(  )
A. B. C. D.
5.(2021·山东临沂市·高三一模)现用三根细线a、b、c将质量均为m的两个小球1和2连接,并悬挂如图所示,两小球均处于静止状态,细线a与竖直方向的夹角为30°,细线c水平。重力加速度为g,则下列说法正确的是(  )
A.细线a对小球1的拉力为
B.细线b对小球2的拉力为
C.若将细绳c的右端缓慢上移,并保持小球1和2的位置始终不变,则细绳c的拉力一定变小
D.若将细绳b剪断,则在剪断细绳b的瞬间,小球1的加速度大小为0.5g
6.(2020·全国高考真题)如图,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°,则β等于(  )
A.45° B.55° C.60° D.70°
7.(2020·山东高考真题)如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ的值为(  )
A. B. C. D.
8.(2021·全国高三月考)如图所示,不可伸长的轻绳的左端固定于O点,右端跨过位于O'点(O、O'两点等高)的固定光滑轴悬挂一物体,绳上套着一质量不计的小圆环。现在圆环上悬挂一钩码(图中未画出),平衡后,物体上升的高度为O、O'两点间距离的。不计一切摩擦。物体与钩码的质量之比为(  )
A.1:2 B.3:5 C.5:8 D.1:3
9.(2020·天津滨海新区·紫云中学高三月考)如图所示,光滑斜面上有一个重力为70N的小球被轻绳拴住悬挂在天花板上,已知绳子与竖直方向夹角为,斜面倾角为,整个装置处于静止状态。则绳子对小球的拉力F大小为(,)(  )
A. B. C. D.
10.(2020·江阴市青阳中学高三月考)如图所示,倾角为α=的粗糙斜劈固定在水平面上,质量为5kg的物体a放在斜面上且与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。一根平行于斜面的不可伸长的轻质细线一端固定在物体a上,另一端绕过两个光滑小滑轮固定在c处,光滑的动滑轮2下吊有一物体b。β=,取最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2,sin=0.6,cos=0.8。求:
(1)a相对斜面恰要上滑时绳中张力的大小
(2)为保证系统静止,b的最大质量。
11.(2021·全国高三专题练习)如图,质量的木块套在水平固定杆上,并用轻绳与质量的小球相连。今用跟水平方向成角的力拉着小球并带动木块一起向右匀速运动,运动中、的相对位置保持不变,。在运动过程中,求:
(1)轻绳与水平方向的夹角θ;
(2)木块M与水平杆间的动摩擦因数μ。
共点力作用下物体平衡问题
1.(2021·山西太原市·高三一模)如图所示,轻质、不可伸长的细钢丝绳两端分别固定在竖直杆P、Q上的a、b两点,a点比b点低。脚着粗糙杂技靴的演员在走钢丝表演时,可以在细绳的中点以及杆P、Q的中间位置保持平衡状态,则演员(  )
A.在P、Q中间位置时,左右两侧绳子张力的值相等
B.在P、Q中间位置时,左侧绳子张力的值小于右侧绳子张力的值
C.在细绳的中点时,左右两侧绳子张力的值相等
D.在细绳的中点时,左侧绳子张力的值大于右侧绳子张力的值
【答案】 B
【解析】
设到节点的高度为,到节点的高度为,节点到P的水平距离为,节点到Q的水平距离为,端绳子和水平方向的夹角为,端绳子和水平方向的夹角为,对绳子节点进行受力分析,如图所示
AB.在PQ中间位置时,根据几何关系
,,
因为,可得,根据平衡条件
可得

故A错误,B正确;
CD.在细绳的中点时,设、到节点绳子长度为,根据几何关系有

因为,可得,根据平衡条件
可得

故CD错误。
故选B。
2.(2021·湖南高三月考)如图,在竖直平面内固定一光滑支架,支架左侧为四分之一圆弧,O点为圆弧的圆心,OA、OB为半圆弧的半径,OB沿竖直方向,D为半圆弧上的一点,∠BOD=60°,支架右侧OBC为一直角三角形,∠OBC=60°,支架左右两侧各放着质量分别为m1和m2的a、b小球,两小球之间用一轻杆连接,当两球平衡时小球a恰好位于D点,轻杆处于水平方向。两球均可看作质点,则a、b两个小球的质量之比m1:m2为(  )
A.1:3 B.1: C.1:2 D.:2
【答案】 A
【解析】
对a、b两个小球受力分析,如图所示
a小球受重力m1g、轻杆的弹力F和支架对小球a的弹力FN1,b小球受重力m2g、轻杆的弹力F和支架对小球b的弹力FN2,∠BOD=60°,根据几何关系可得轻杆与OD的夹角为30°,重力m1g与OD的夹角为60°,支架对小球a的弹力FN1沿半径OD方向,以OD和垂直于OD方向建立坐标系,根据正交分解得
OBC为一直角三角形,∠OBC=60°,根据几何关系可得轻杆与BC的夹角为30°,重力m2g与BC的夹角为60°,沿BC方向和垂直于BC方向建立坐标系,根据正交分解得
两式联立解得
m1:m2=1:3
故选A。
3.(2021·云南高三一模)如图所示,用三根细线将两个小球和连接并悬挂,两小球处于静止状态时,细线与竖直方向的夹角为,细线水平,已知两个小球的质量分别为和,重力加速度为,取,,下列说法正确的是(  )
A.细线的拉力大小为 B.细线的拉力大小为
C.细线与竖直方向的夹角为 D.细线与竖直方向的夹角为
【答案】 AC
【解析】
AB.将小球和作为一个整体,进行受力分析,如下图所示
根据共点力平衡的条件有
解得

故A选项正确,B错误;
CD.对小球采用隔离法,设细线与竖直方向的夹角为,受力分析如下图所示
根据共点力平衡的条件有
联立上面两式,解得
故C选项正确,D错误。
故选AC。
4.(2020·云南昆明市·高三一模)如图所示,一光滑大圆环固定于竖直平面内,为其水平直径,О为其圆心,轻质光滑小圆环Р和小球Q(圆环和小球均可视为质点)套在大圆环上。现将轻绳一端与Q相连,另一端穿过光滑小圆环Р挂一个小物块A,当整个装置静止时,小球Q位于N点。物块A的重力大小用表示,小球Q的重力大小用表示,静止时小圆环P对大圆环的压力大小用表示,小球Q对大圆环的压力大小用表示,则下列关(  )
A. B. C. D.
【答案】 AC
【解析】
对P、Q受力分析如图
由几何关系可得

由图可知

其中


故选AC。
5.(2021·山东临沂市·高三一模)现用三根细线a、b、c将质量均为m的两个小球1和2连接,并悬挂如图所示,两小球均处于静止状态,细线a与竖直方向的夹角为30°,细线c水平。重力加速度为g,则下列说法正确的是(  )
A.细线a对小球1的拉力为
B.细线b对小球2的拉力为
C.若将细绳c的右端缓慢上移,并保持小球1和2的位置始终不变,则细绳c的拉力一定变小
D.若将细绳b剪断,则在剪断细绳b的瞬间,小球1的加速度大小为0.5g
【答案】 BD
【解析】
A.把1、2小球看成整体分析,受力分析如图
由三力平衡或正交分解可得
故A错误;
B.对小球2受力分析如图
根据受力平衡有
故B正确;
C.对小球2的受力画出矢量分析图如下
根据图解法可得:Fc先变小后变大,故C错误。
D.细线b剪断的瞬间,小球1受力情况如图所示
此时小球1的速度为0,向心加速度为0,向心为0,则
由牛顿第二定律得
解得
故D正确。
故选BD。
6.(2020·全国高考真题)如图,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°,则β等于(  )
A.45° B.55° C.60° D.70°
【答案】 B
【解析】
甲物体是拴牢在O点,且甲、乙两物体的质量相等,则甲、乙绳的拉力大小相等,O点处于平衡状态,则左侧绳子拉力的方向在甲、乙绳子的角平分线上,如图所示
根据几何关系有
解得。
故选B。
7.(2020·山东高考真题)如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ的值为(  )
A. B. C. D.
【答案】 C
【解析】
当木板与水平面的夹角为时,两物块刚好滑动,对A物块受力分析如图
沿斜面方向,A、B之间的滑动摩擦力
根据平衡条件可知
对B物块受力分析如图
沿斜面方向,B与斜面之间的滑动摩擦力
根据平衡条件可知
两式相加,可得
解得
故选C。
8.(2021·全国高三月考)如图所示,不可伸长的轻绳的左端固定于O点,右端跨过位于O'点(O、O'两点等高)的固定光滑轴悬挂一物体,绳上套着一质量不计的小圆环。现在圆环上悬挂一钩码(图中未画出),平衡后,物体上升的高度为O、O'两点间距离的。不计一切摩擦。物体与钩码的质量之比为(  )
A.1:2 B.3:5 C.5:8 D.1:3
【答案】 C
【解析】
设O、两点间的距离为L,取系统重新平衡时圆环的位置为A点,如图所示,由几何关系有
设物体和钩码的质量分别为m1、m2,绳与竖直方向的夹角为,由物体的平衡条件有

解得
故选C。
9.(2020·天津滨海新区·紫云中学高三月考)如图所示,光滑斜面上有一个重力为70N的小球被轻绳拴住悬挂在天花板上,已知绳子与竖直方向夹角为,斜面倾角为,整个装置处于静止状态。则绳子对小球的拉力F大小为(,)(  )
A. B. C. D.
【答案】 B
【解析】
根据三力平衡及正弦定理得
解得
故选B。
10.(2020·江阴市青阳中学高三月考)如图所示,倾角为α=的粗糙斜劈固定在水平面上,质量为5kg的物体a放在斜面上且与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。一根平行于斜面的不可伸长的轻质细线一端固定在物体a上,另一端绕过两个光滑小滑轮固定在c处,光滑的动滑轮2下吊有一物体b。β=,取最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2,sin=0.6,cos=0.8。求:
(1)a相对斜面恰要上滑时绳中张力的大小
(2)为保证系统静止,b的最大质量。
【答案】 (1)50N;(2)8kg
【解析】
(1)对a由平衡得
又,其中
解得
(2)由平衡可得
解得
11.(2021·全国高三专题练习)如图,质量的木块套在水平固定杆上,并用轻绳与质量的小球相连。今用跟水平方向成角的力拉着小球并带动木块一起向右匀速运动,运动中、的相对位置保持不变,。在运动过程中,求:
(1)轻绳与水平方向的夹角θ;
(2)木块M与水平杆间的动摩擦因数μ。
【答案】 (1);(2)
【解析】
小球并带动木块一起向右匀速运动,均处于平衡状态,设轻绳的拉力为T,对小球,由平衡条件可得
水平方向上
竖直方向上
联立代入数据可得。
(2)把小球和木块当成以整体,设杆的支持力为N,由平衡条件可得
水平方向
竖直方向
联立代入数据可得。

展开更多......

收起↑

资源预览